KR20110116407A - Vortex air diffuser - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오폐수 처리나, 산소와 같은 기체를 액체에 공급하기 위한 각종 산업분야에 활용하기 위한 산기장치에 관한 것으로서, 특히 챔버가 형성되고, 상기 챔버의 측면에는 유체가 접선방향으로 유입되도록 입구가 형성되어 유입된 유체가 와류를 형성하면서 회전하며, 상기 챔버의 단부로 갈수록 직경이 좁아지면서 말단부에는 출구가 형성되어 회전되는 유체를 토출시키는 것을 특징으로 하는 와류 산기장치를 기술적 요지로 한다. 이에 의해 챔버 내부로 유입된 유체가 와류를 형성하여 고속으로 회전하도록 하여 산소전달률의 증가뿐만 아니라, 교반의 역할도 수행하여 슬러지의 퇴적을 줄여 폐구간을 줄일 수 있으며, 회전력을 이용하여 기존의 산기장치들에 비하여 유체 기포를 매우 작게 할 수 있을 뿐만 아니라 기포가 종래의 산기장치들과 달리 수직으로 상승하지 않고 경사면으로 이동하면서 상승하게 되기 때문에 수중에서의 체류시간이 길어 산소전달률의 효율을 더욱 높이는 이점이 있다.The present invention relates to an air dispersing device for use in various industrial fields for treating waste water or supplying a gas such as oxygen to a liquid, and in particular, a chamber is formed, and an inlet is provided so that fluid flows in a tangential direction to the side of the chamber. The vortex diffuser device is characterized in that the formed fluid is rotated while forming a vortex, and the diameter is narrowed toward the end of the chamber while the outlet is formed at the distal end to discharge the rotated fluid. As a result, the fluid introduced into the chamber forms a vortex to rotate at high speed, thereby increasing the oxygen transfer rate, and also plays a role of agitation, thereby reducing sludge deposition and reducing waste sections. Compared to the devices, the fluid bubble can be made very small, and unlike the conventional air diffusers, the bubble rises as it moves to the inclined surface instead of rising vertically. There is an advantage.

Description

와류 산기장치{vortex air diffuser}Vortex air diffuser

본 발명은 가정이나 산업현장, 농축산현장에서의 오폐수 처리나, 산소와 같은 기체를 액체에 공급하기 위한 각종 산업분야에 활용하기 위한 산기장치에 관한 것으로서, 챔버, 입구 및 출구의 구조를 개선하여 산소전달 효율을 증대시키고 강력한 와류를 이용하여 교반까지 수행함으로써 처리효율을 향상시킨 와류 산기장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for discharging wastewater at home, an industrial site, or a concentrated livestock site or for various industrial fields for supplying a gas such as oxygen to a liquid. The present invention relates to a vortex diffuser device which improves the processing efficiency by increasing the transfer efficiency and performing stirring by using a strong vortex.

현대사회가 공업화, 산업화되어 감에 따라 가정이나 산업현장, 농축산현장에서 배출되는 오폐수는 그 량이나 오염도가 점차적으로 증가하고 있는 추세이며, 그에 따라 오폐수를 처리하기 위한 방법이나 시설을 위한 종래기술 또한 상당히 많이 나와 있다.As the modern society is industrialized and industrialized, the amount of wastewater discharged from homes, industrial sites, and agricultural and livestock farms is gradually increasing, and accordingly, conventional technologies for methods and facilities for treating wastewater are also increasing. Quite a lot.

일반적으로 오, 폐수를 처리하기 위해서 많이 쓰이는 방법은 화학적으로 처리하는 방법과 생물학적으로 처리하는 방법이 있다.In general, the most commonly used methods for treating wastewater and wastewater include chemical treatment and biological treatment.

화학적으로 처리하는 방법은 그 처리속도는 빠르나 화학약품에 의한 추가오염의 문제가 있으므로 생물학적으로 처리하는 방법이 널리 쓰이며, 그 중 활성오니법에 의한 방법이 활발히 연구되고 있다.The chemical treatment method is fast, but there is a problem of additional contamination by chemicals, so biological treatment is widely used. Among them, the active sludge method has been actively studied.

활성오니법이란 오폐수를 활성오니(호기성 세균)와 함께 산기, 교반하여 BOD(생물학적 산소요구량)를 거의 만족시키도록 하면, 하수 속의 콜로이드상이나 용해한 물질이 침전하거나 활성오니에 접착되어 깨끗한 물로 되는데 한 차례의 정화작용을 한 후 침전된 물질을 분리하거나 필요에 따라 폐기 또는 다시 본처리 과정으로 반송하여 오폐수를 처리하는 방법을 말한다.Activated sludge method is to disperse waste water with active sludge (aerobic bacteria) to almost satisfy BOD (biological oxygen demand), and colloidal or dissolved substances in sewage precipitate or adhere to activated sludge to make clean water. It refers to a method of treating wastewater by separating the precipitated material after purifying it and returning it to the main treatment process if necessary.

이러한 오폐수 처리를 위해서는 오폐수에 효율적인 산소전달을 위한 산기장치가 필수적으로 필요하다. 종래의 산기장치에 관한 기술로서, 노즐형 산기장치(대한민국특허청 공개특허공보 10-2005-0112554호), 음향공진을 위한 산기장치(대한민국특허청 공개특허공보 특1998-028981호), 회전력과 음향공진을 이용한 산기장치(대한민국특허청 공개특허공보 10-2004-0098481) 등이 있다.For such wastewater treatment, an acid generator for efficient oxygen transfer to wastewater is essential. As a technique related to the conventional diffuser device, a nozzle type diffuser device (Korean Patent Office Publication No. 10-2005-0112554), an diffuser device for acoustic resonance (Korean Patent Office Publication No. 1998-028981), rotational force and sound resonance And a diffuser device using Korean Patent Application Publication No. 10-2004-0098481.

상기의 종래기술은 기본적으로 공기가 토출되는 산기장치에서 산소전달 효율을 증대시키기 위한 것으로서, 산기조 출구에 노즐 목을 설치하는 것, 회전 소용돌이와 공진에 의한 음향에너지를 이용하여 산소의 용해도를 증가시켜 산소전달 효율을 향상시키는 것이다.The prior art is basically to increase the oxygen transfer efficiency in the air discharging device, the nozzle neck is installed at the outlet of the acid tank, the oxygen solubility is increased by using the acoustic energy due to rotational vortex and resonance. It is to improve the oxygen transfer efficiency.

그러나, 상기의 종래 기술은, 산기장치에 사용되는 산기조에 대한 형태에 대한 고려가 없이 단순히 공기가 토출되는 출구를 개선하거나, 회전 소용돌이와 공진을 의한 음향에너지를 이용하여 산소전달 효율을 향상시킨 것으로, 회전 소용돌이가 약하며, 기포가 수중에 체류하는 시간이 적거나, 작은 음향공진 에너지 등으로 인한 낮은 산소전달효율이 떨어지는 문제점이 있다.However, the above-mentioned prior art is to improve the oxygen transfer efficiency by simply improving the outlet through which air is discharged without considering the shape of the acid tank used in the air diffuser, or by using acoustic energy due to rotational vortex and resonance. There is a problem in that the rotational vortex is weak, and the time that the bubbles stay in the water is low, or the low oxygen transfer efficiency is reduced due to the small acoustic resonance energy.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해, 챔버, 입구 및 출구의 구조를 개선하여 산소전달 효율을 증대시키고 강력한 와류를 이용하여 교반까지 수행함으로써 처리효율을 향상시킨 와류 산기장치의 제공을 그 목적으로 한다.In order to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a vortex diffuser device which improves the treatment efficiency by improving the structure of the chamber, the inlet and the outlet to increase the oxygen transfer efficiency and perform stirring by using a strong vortex. .

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 것으로서, 챔버가 형성되고, 상기 챔버의 측면에는 유체가 접선방향으로 유입되도록 입구가 형성되어 유입된 유체가 와류를 형성하면서 회전하며, 상기 챔버의 단부로 갈수록 직경이 좁아지면서 말단부에는 출구가 형성되어 회전되는 유체를 토출시키는 것을 특징으로 하는 와류 산기장치를 기술적 요지로 한다.The present invention is to achieve the above object, the chamber is formed, the inlet is formed on the side of the chamber in such a way that the fluid flows in the tangential direction and the introduced fluid rotates while forming a vortex, the diameter toward the end of the chamber As the technical gist of the vortex diffuser device characterized in that the outlet is formed at the distal end to discharge the rotating fluid.

또한, 상기 입구는, 챔버의 수평방향으로 길게 형성되며, 일측부가 좁게 형성되어 유입되는 유체를 일정한 접선 방향으로 회전시키는 것이 바람직하다.In addition, the inlet is formed long in the horizontal direction of the chamber, it is preferable that one side is formed narrow to rotate the fluid flowing in a constant tangential direction.

또한, 상기 출구는 유체의 막힘 현상을 줄이도록 상기 챔버의 상단부 및 하단부에 각각 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the outlet is preferably formed in each of the upper end and the lower end of the chamber to reduce the clogging of the fluid.

또한, 상기 출구는 상기 챔버의 수직방향에 대해 45°~60°를 이루는 경사면을 이루도록 형성되어 유체가 수평하게 토출되는 것이 바람직하다.In addition, the outlet is preferably formed to form an inclined surface of 45 ° ~ 60 ° with respect to the vertical direction of the chamber is preferably a fluid is discharged horizontally.

여기에서, 상기 챔버 내부면에는 유체의 마찰력 감소를 위해 딤플이 형성되는 것이 바람직하며, 또한, 상기 딤플의 폭과 깊이의 비율은 1:(1 미만)으로 설정되는 것이 바람직하다.Here, the dimple is preferably formed on the inner surface of the chamber to reduce the frictional force of the fluid, and the ratio of the width and the depth of the dimple is preferably set to 1: (less than 1).

상기 과제 해결 수단에 의해 본 발명은, 챔버 내부로 유입된 유체가 와류를 형성하여 고속으로 회전하도록 하여 산소전달률의 증가뿐만 아니라, 교반의 역할도 수행하여 슬러지의 퇴적을 줄여 폐구간을 줄일 수 있으며, 회전력을 이용하여 기존의 산기장치들에 비하여 유체 기포를 매우 작게 할 수 있을 뿐만 아니라 기포가 종래의 산기장치들과 달리 수직으로 상승하지 않고 경사면으로 이동하면서 상승하게 되기 때문에 수중에서의 체류시간이 길어 산소전달률의 효율을 더욱 높이는 효과가 있다.The present invention by the above-mentioned means to solve the problem, the fluid introduced into the chamber to form a vortex to rotate at a high speed to not only increase the oxygen transfer rate, but also serves as agitation can reduce the waste section by reducing the deposition of sludge By using the rotational force, the fluid bubble can be made very small as compared to the conventional diffusers, and unlike the conventional diffusers, the bubbles do not rise vertically but move upwards to the inclined surface so that the residence time in the water is increased. The longer the effect of further increasing the efficiency of oxygen transfer rate.

또한, 수중 또는 기중의 빠른 수평이동에 의하여 기포와 물 사이의 경막 저항이 감소하여 산소 용해가 용이해지도록 하여, 산소전달효율을 더욱 높일 수 있는 효과가 있다.In addition, due to the rapid horizontal movement in water or air to reduce the film resistance between the bubble and the water to facilitate the oxygen dissolution, there is an effect that can further increase the oxygen transfer efficiency.

또한, 챔버 내부에 미세 딤플을 형성하여 유체의 마찰력과 전단응력을 감소시켜 산기장치의 효율을 증가시키고 에너지를 절약할 수 있도록 하였으며, 주입되는 유체를 기체가 아닌 액체를 이용할 수 있어 다양한 산업분야에 적용이 가능한 효과가 있다.In addition, by forming a fine dimple inside the chamber to reduce the frictional force and shear stress of the fluid to increase the efficiency of the diffuser device and to save energy, it is possible to use the liquid to be injected, not gas, in various industries There is an effect that can be applied.

도 1 - 본 발명의 일실시예에 따른 와류 산기장치에 대한 측면 단면도(a) 및 평면 단면도(b).
도 2 - 본 발명의 다른 실시예에 따른 와류 산기장치에 대한 측면 단면도(a) 및 평면 단면도.1-side cross-sectional view (a) and planar cross-sectional view (b) of a vortex diffuser according to one embodiment of the invention.
2 is a side cross-sectional view (a) and a planar cross-sectional view of a vortex diffuser according to another embodiment of the present invention.

본 발명은 가정이나 산업현장, 농축산현장에서의 오폐수 처리나, 산소와 같은 기체를 액체에 공급하기 위한 각종 산업분야에 활용하기 위한 산기장치에 관한 것으로서, 산기된 유체(액체 또는 기체)를 기중 또는 액중에 산기하여 토출하도록 하는 것이다. 본 발명에서는 축산폐수 처리시 사용되는 산기장치를 중심으로 설명하고자 하며, 이에 의해 산기되는 유체는 기체 즉 공기(산소)이며, 액중 즉 오폐수에 산기된 공기가 토출되도록 하는 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an air dispersing device for use in various industrial fields for treating wastewater at homes, industrial sites, and concentrated livestock sites, or for supplying gases such as oxygen to liquids. It is to disperse and discharge in liquid. In the present invention, it will be described with reference to the air dispersing apparatus used in the livestock waste water treatment, by which the fluid is a gas, that is, air (oxygen), so that the air is discharged in the liquid, that is, waste water.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 와류 산기장치에 대한 측면 단면도(a) 및 평면 단면도(b)이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 와류 산기장치에 대한 측면 단면도(a) 및 평면 단면도(b)이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention. 1 is a side cross-sectional view (a) and a planar cross-sectional view (b) of a vortex diffuser according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a side cross-sectional view (a) of a vortex diffuser according to another embodiment of the present invention And planar cross-sectional view (b).

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 축산폐수 처리를 위한 산기장치는, 챔버(100)가 형성되고, 상기 챔버(100)의 측면에는 공기가 접선방향으로 유입되도록 입구(110)가 형성되며, 상기 챔버(100)의 단부로 갈수록 직경이 좁아지면서 말단부에는 출구(120)가 형성되어 회전되는 공기를 오폐수에 토출시키도록 하는 것이다. 즉, 상기 챔버(100)의 측면에는 공기가 접선방향으로 유입되는 입구(110)가 형성되고, 말단부에는 출구(120)가 형성되어 접선방향으로 회전되어 와류를 이루는 유체를 토출시키는 것이다.As shown, in the apparatus for treating livestock wastewater according to the present invention, a chamber 100 is formed, and an inlet 110 is formed at a side of the chamber 100 so that air flows in a tangential direction, and the chamber As the diameter becomes narrower toward the end of the 100, an outlet 120 is formed at the distal end to discharge the rotated air to the waste water. That is, an inlet 110 through which air flows in a tangential direction is formed at the side of the chamber 100, and an outlet 120 is formed at the distal end to rotate in a tangential direction to discharge the fluid forming the vortex.

먼저, 상기 챔버(100)의 재질로서는 금속, 플라스틱 등 다양한 재질이 이용가능하며, 축산폐수의 특성상 반응열에 강해야 하며 내부식성을 가진 재질이 유리하며, 기존의 다양한 제작방법을 활용할 수 있는데, 주조제작 방법이나, 부분적으로 주조 제작하여 결합하는 방법 등이 사용될 수 있다.First, as the material of the chamber 100, various materials such as metal and plastic can be used. The material of the livestock wastewater has to be strong in reaction heat, and the material having corrosion resistance is advantageous, and various existing manufacturing methods can be used. Or a method of partially casting and joining may be used.

그리고, 상기 입구(110)는 타원형과 유사하게 챔버(100)의 수평방향으로 다소 길게 형성되되, 일측부가 좁게 형성되어 유입되는 공기가 좁은 쪽 방향(시계방향 또는 반시계방향)으로의 일정한 접선 방향으로 회전되도록 한다. 즉, 외부에서 펌프 등에 의해 유입된 공기는 챔버(100)의 입구(110)에 도달하면 입구(110)의 좁은 부위로 더 많이 공급되면서 특정 방향으로 회전하게 되는 와류를 형성하고 점차적으로 회전에너지를 얻게 되어 고속으로 일정한 방향으로 회전하게 된다. 상기 입구(110)는 필요에 따라 측면에 다수개 형성할 수 있다.In addition, the inlet 110 is formed to be somewhat long in the horizontal direction of the chamber 100 similarly to the elliptical shape, and one side is narrowly formed so that the inflow air is in a constant tangential direction in a narrow direction (clockwise or counterclockwise). To rotate. That is, when the air introduced by the pump from the outside reaches the inlet 110 of the chamber 100, the air is supplied to a narrower portion of the inlet 110 while forming a vortex which rotates in a specific direction and gradually rotates rotational energy. To rotate in a constant direction at high speed. The inlet 110 may be formed in plural on the side as needed.

또한, 상기 출구(120)는 상기 챔버(100)에 하나 이상 여러 개 형성될 수 있으며, 챔버(100)가 수직으로 다소 긴 원통형으로 형성된 경우에는 도 1과 같이 상단부 및 하단부에 형성되거나 필요에 따라 측면에도 형성되게 할 수 있다. 또한, 도 2와 같이 상단부에만 출구(120)가 형성될 수도 있으며, 이 경우에는 주로 액체를 공급하여 산기시키는 살수장치로 활용될 수 있다.In addition, one or more outlets 120 may be formed in the chamber 100. When the chamber 100 is formed in a vertically long cylindrical shape, as illustrated in FIG. It can also be formed on the side. In addition, the outlet 120 may be formed only in the upper end as shown in FIG.

또한, 상기 출구(120)는 상기 챔버(100)의 수직방향에 대해 45°~60°를 이루는 경사면을 이루도록 출구(120)의 방향이 수평방향에 근접하도록 형성하여 기포가 토출될 때에 수평방향으로 토출되어 기포의 수중 체류 시간을 증가시키도록 하는 것이다.In addition, the outlet 120 is formed so that the direction of the outlet 120 is close to the horizontal direction to form an inclined surface of 45 ° ~ 60 ° with respect to the vertical direction of the chamber 100 in the horizontal direction when bubbles are discharged It is discharged to increase the residence time of bubbles in the water.

또한, 상기 챔버(100) 내부면에는 미세 딤플(130)이 형성되어, 회전되는 공기의 마찰력을 최소화하여 고속으로 회전할 수 있도록 한 것으로, 상기 딤플(130)의 폭과 깊이의 비율은 1:(1 미만)으로 설정되어 적절히 공기의 마찰력 감소에 기여하도록 한다.In addition, a fine dimple 130 is formed on the inner surface of the chamber 100 to minimize the frictional force of the rotated air so as to rotate at a high speed. The ratio of the width and depth of the dimple 130 is 1: It is set to (less than 1) so as to contribute appropriately to reducing the frictional force of the air.

이와 같이, 본 발명에 따른 산기장치는 접선방향으로 공기가 유입되도록 입구(110)가 형성되며, 출구(120)가 경사면을 가지도록 형성되어, 에너지의 낭비없이 와류를 형성하여 공기를 고속으로 회전시키고, 출구(120)를 여러 개 형성하여 기존 기술의 단점인 막힘 현상이 없으며, 산기장치의 산소전달 효율을 증대시키고 또한, 강력한 와류를 이용하여 교반까지 수행함으로써 폐수 처리시 저면부에 쌓이게 되는 퇴적물을 감소시켜 폐구간을 줄일 수 있게 된다.
As such, the air diffuser according to the present invention has an inlet 110 is formed so that the air flows in a tangential direction, the outlet 120 is formed to have an inclined surface, to form a vortex without waste of energy to rotate the air at high speed And the formation of a plurality of outlets 120, there is no blockage phenomenon, which is a disadvantage of the existing technology, and increases the oxygen transfer efficiency of the air diffuser, and also performs agitation using a strong vortex to accumulate in the bottom part during wastewater treatment. It is possible to reduce the closed section by reducing the.

이하에서는 본 발명의 원리 및 작용 효과에 대해 상세히 살펴보고자 한다.Hereinafter, the principle and effect of the present invention will be described in detail.

본 발명은 와류를 이용한 산기장치에 관한 것으로, 특히 폐수처리장의 산소 공급장치에 있어서 와류에 의한 회전에너지를 이용하여 산소의 용해도를 증가시켜 산소전달 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 와류를 이용한 교반까지 가능한 산기장치이다.The present invention relates to an air disperser using vortices, particularly in an oxygen supply device of a wastewater treatment plant, by using a rotational energy of the vortex to increase oxygen solubility to improve oxygen transfer efficiency as well as to allow stirring using vortices. Device.

산기장치는 일종의 기체와 액체 간의 상이한 두 물질 간의 산기나 물질 전달 장치에 관한 것으로서, 두 물질 간의 접촉면적을 넓게 하거나, 평형상태를 이루고 있는 물질의 상태를 불안정한 상태로 만들어 물질과 물질의 경계층인 경막을 얇게 하면 된다. 특히, 액체에 산기되는 기체를 분산시키면, 액체와 기체의 접촉 면적이 넓어지므로, 기체의 액체로의 전달(용해)이 촉진된다.An diffuser is a type of diffuser or mass transfer device between two different materials between a gas and a liquid, and expands the contact area between two materials or makes an unstable state of a material in equilibrium. You can do it thinner. In particular, dispersing the gas emitted in the liquid increases the contact area between the liquid and the gas, thereby facilitating delivery (dissolution) of the gas to the liquid.

일반적으로 산기장치의 성능을 나타내는 수온 20℃에서의 표준 산소전달효율(SOTE:Standard Oxygen Transfer Efficiency)은 아래 식으로 표시된다.In general, the standard oxygen transfer efficiency (SOTE) at the water temperature of 20 ℃ indicating the performance of the diffuser is represented by the following equation.

SOTE=(흡수산소의 질량/산소)/(공급산소의 질량/산소)SOTE = (mass of oxygen absorbed / oxygen) / (mass of oxygen supplied / oxygen)

표준 산소전달 효율을 파악하기 위해서는 기상으로부터 액상으로의 산소이동에 대하여 살펴볼 필요가 있다. 기상으로부터 액상으로의 산소이동에 대해서는 두개의 경막저항이 존재한다는 이중경막설이 일반적으로 받아들여지고 있으며 이 이론에 기초하여 아래와 같은 산소전달속도(dW/dt)에 대한 식이 도출된다.In order to understand the standard oxygen transfer efficiency, it is necessary to examine the oxygen movement from the gas phase to the liquid phase. The double-dural theory that two film-resistances exist for the movement of oxygen from the gas phase to the liquid phase is generally accepted. Based on this theory, the following equation for oxygen transfer rate (dW / dt) is derived.

dW/dt = kLa(Cs-Cl)dW / dt = kLa (Cs-Cl)

W는 산소이동량(mol), t는 시간(min), kL은 액경막의 산소이동계수(cm/min), a는 기액 접촉면적(cm2), Cs는 액중의 용존산소포화농도(mol/cm3), Cl은 액중의 용존산소농도(mol/cm3)를 나타낸다.W is the amount of oxygen migration (mol), t is the time (min), kL is the oxygen transport coefficient (cm / min) of the liquid film, a is the gas-liquid contact area (cm 2 ), and Cs is the dissolved oxygen saturation concentration (mol / cm 3 ), Cl represents the dissolved oxygen concentration (mol / cm 3 ) in the liquid.

상기의 식에서 산소의 수중으로의 이동속도(dW/dt)는 기액 접촉면적 a와 액경막의 산소이동계수 kL에 비례하는 것을 알 수 있다. 기체와 물의 접촉면적(기액 접촉면적) a는 동일 양의 기체의 경우에, 기체가 물속에서 미세화될수록 증가한다. 또한, 액경막의 산소이동계수 kL은 기포와 물 사이 존재하는 경막의 두께에 반비례하고, kL은 정적인 상태보다 와류 등에 의하여 불안정한 상태일수록 경막 두께가 얇아져서 경막 저항이 감소하여 증가한다고 알려져 있다.In the above formula, it can be seen that the moving speed of oxygen into water (dW / dt) is proportional to the gas-liquid contact area a and the oxygen transfer coefficient kL of the liquid film. The contact area (gas-liquid contact area) a of gas and water increases as the gas becomes finer in water, for the same amount of gas. Also, it is known that the oxygen mobility coefficient kL of the liquid film is inversely proportional to the thickness of the film existing between the bubbles and the water.

이상을 종합하여 보면, 표준 산소전달 효율을 증가시키기 위해서는 다음과 같은 방법이 일반적으로 고려되고 있다.Taken together, the following methods are generally considered to increase the standard oxygen transfer efficiency.

1. 물과 공기의 접촉면적을 증가시키기 위하여 미세 공기방울을 생성한다.1. Create fine air bubbles to increase the contact area of water and air.

2. 물과의 접촉시간을 증가시키기 위하여 공기방울의 이동경로를 가능한 수평으로 하여 물속에서의 체류시간을 연장한다.2. In order to increase the contact time with water, the airborne path of the bubble should be as horizontal as possible to extend the residence time in the water.

3. 기-액의 접촉면에 존재하는 평행상태를 불안정한 상태로 만들어 경계층인 경막(境膜)을 얇게 하기 위해서 공기방울에 에너지를 공급한다.3. Energy is supplied to the air bubbles to make the parallel layer existing at the contact surface of the gas-liquid unstable and to thin the boundary layer.

본 발명은 상기와 같은 세 가지의 원리를 적용하여 발명되었다.The present invention has been invented by applying the above three principles.

도시된 바와 같이, 산기장치(챔버(100)) 내부로 유입된 공기는 상부로 갈수록 그 직경이 감소함에 따라, 공기가 토출되는 출구(120)의 간격이 좁아져서 토출되는 기포의 크기가 줄어들고 토출속도가 증가하게 된다. 기포들의 크기가 줄어들어 미세화되면 상기 항목 1에서와 같이 물과 공기의 접촉면적이 증가되어 산소전달효율을 향상되게 된다.As shown in the drawing, the air introduced into the diffuser (chamber 100) decreases in diameter as the diameter thereof decreases toward the upper portion, so that the gap of the outlet 120 through which the air is discharged is narrowed, thereby reducing the size of the bubble discharged and discharging. The speed will increase. When the bubbles are reduced in size and miniaturized, the contact area between water and air is increased as in item 1, thereby improving oxygen transfer efficiency.

또한, 상기 챔버(100)의 내주면은 상부로 갈수록 그 직경이 감소하고, 말단에 형성된 출구(120)는 경사면을 이루도록 외부로 갈수록 넓게 형성되면, 기포가 토출될 때에 수평 방향으로 토출되어 기포의 수중 체류시간이 증가하여, 상기 항목 2에 의하여 결국 산소전달효율이 향상되게 된다.In addition, the inner circumferential surface of the chamber 100 decreases as the diameter thereof increases toward the upper portion, and the outlet 120 formed at the distal end thereof becomes wider toward the outside so as to form an inclined surface. As the residence time increases, the oxygen transfer efficiency is eventually improved by the above item 2.

또한, 본 발명에서는 기포의 회전력과 속도가 증가하고, 토출되는 기포의 수평이동 속도가 빨라지므로, 물속에서 기포의 체류시간 및 이동경로가 더욱 연장되어 상기 항목 2를 만족시켜 수중으로 녹아 들어가는 산소의 양이 증가한다. 또한, 기포의 토출 속도가 빨라지면, 기포와 물 사이의 경막이 얇아져서 상기 항목 3에 의하여 산소가 수중으로 녹아 들어가는 속도가 빨라진다.In addition, in the present invention, since the rotational force and speed of the bubbles are increased, and the horizontal moving speed of the bubbles discharged is increased, the residence time and the movement path of the bubbles in water are further extended to satisfy the above item 2 and to dissolve oxygen into the water. The amount increases. In addition, the faster the discharge rate of the bubbles, the thinner the film between the bubbles and the water, the faster the rate at which oxygen is dissolved in water by item 3 above.

상기와 같이 본 발명의 와류 산기장치는 회전력 및 미세화된 기포의 생성을 통하여 기존의 산기장치 보다 증가된 산소전달효율을 보여준다.As described above, the vortex diffuser of the present invention shows an increased oxygen transfer efficiency than a conventional diffuser through the generation of rotational force and micronized bubbles.

한편, 본 발명의 챔버(100) 내부면에는 미세한 딤플(130)이 형성되며, 미세 딤플(130)은 운동하는 면의 전단응력을 감소시켜 공기의 마찰특성을 개선시키게 된다.On the other hand, a fine dimple 130 is formed on the inner surface of the chamber 100 of the present invention, the fine dimple 130 is to improve the friction characteristics of the air by reducing the shear stress of the moving surface.

일반적으로 전단응력은 딤플(130)의 깊이가 깊어질수록 작아지지만 그 효과는 줄어든다. 또한, 딤플(130)의 깊이 방향으로 압력변화가 발생되며 음의 압력과 양의 압력이 교차하는 점에서 공기가 회전 유동을 가지게 된다. 딤플(130)에 의한 마찰력 감소효과는 딤플(130) 내 공기의 유동에 의해 크게 영향을 받으려 딤플(130)의 체적이 증가할수록 마찰력의 감소효과가 크게 나타나는데, 딤플(130)의 지름이 커질수록 마찰력 감소효과는 커지면 딤플(130)의 배열은 마찰감소에는 큰 영향을 주지 않는다. 따라서, 딤플(130)의 폭과 깊이의 비가 1:1인 경우와 그 이상의 깊이에 대한 경우 더 이상의 마찰력 감소효과는 나타나지 않으므로, 딤플(130)의 폭과 깊이의 비율은 1:(1 미만)으로 설정되어야 한다.In general, the shear stress decreases as the depth of the dimple 130 decreases, but the effect decreases. In addition, a pressure change occurs in the depth direction of the dimple 130 and the air has a rotational flow at the point where the negative pressure and the positive pressure intersect. The frictional force reduction effect by the dimple 130 is greatly affected by the flow of air in the dimple 130 so that the effect of the friction force decreases as the volume of the dimple 130 increases, and as the diameter of the dimple 130 increases As the frictional force reducing effect increases, the arrangement of the dimples 130 does not significantly affect the frictional reduction. Therefore, when the ratio of the width and depth of the dimple 130 is 1: 1 and no more frictional force reduction effect is observed for more depth, the ratio of the width and depth of the dimple 130 is 1: (less than 1). Should be set to.

이와 같이 미세 딤플(130)을 챔버(100) 내에 성형함으로써, 마찰력과 전단응력의 감소시켜 산기장치의 효율을 증가시키고, 그에 따른 에너지 소비의 감소를 이룰 수 있다.
As such, by forming the fine dimple 130 in the chamber 100, the friction force and the shear stress can be reduced to increase the efficiency of the diffuser device, thereby reducing energy consumption.

본 발명에서의 산기장치는 폐수처리장치에서의 산소 공급이외에도 맥주 발효, 미생물 발효, 기타 폐수처리공정, 또는 그 밖의 화학공정 중에 산소와 같은 기체를 액체에 공급하는데 응용이 가능하다. 또한, 액체와 고체, 또는 액체와 액체 등과 같이 두 종류의 물질을 혼합하는 데에 사용이 가능하다. 그리고 주입되는 유체를 기체가 아닌 액체를 이용할 때는 살수장치의 역할도 수행할 수 있게 된다.In addition to the oxygen supply in the wastewater treatment apparatus, the acid dispersing apparatus of the present invention is applicable to supplying a gas such as oxygen to a liquid during beer fermentation, microbial fermentation, other wastewater treatment processes, or other chemical processes. It can also be used to mix two kinds of materials, such as liquids and solids, or liquids and liquids. In addition, when the injected fluid uses a liquid rather than a gas, it may also serve as a sprinkler.

100 : 챔버 110 : 입구
120 : 출구 130 : 딤플100: chamber 110: inlet
120: exit 130: dimple

Claims (6)

산기장치에 있어서,
챔버(100)가 형성되고, 상기 챔버(100)의 측면에는 유체가 접선방향으로 유입되도록 입구(110)가 형성되어 유입된 유체가 와류를 형성하면서 회전하며, 상기 챔버(100)의 단부로 갈수록 직경이 좁아지면서 말단부에는 출구(120)가 형성되어 회전되는 유체를 토출시키는 것을 특징으로 하는 와류 산기장치.In the diffuser,
The chamber 100 is formed, and the inlet 110 is formed at the side of the chamber 100 so that the fluid flows in a tangential direction, and the introduced fluid rotates while forming a vortex, and toward the end of the chamber 100. Vortex diffuser device characterized in that the outlet portion is formed in the distal end portion is narrowed to discharge the rotating fluid. 제 1항에 있어서, 상기 입구(110)는, 챔버(100)의 수평방향으로 길게 형성되며, 일측부가 좁게 형성되어 유입되는 유체를 일정한 접선 방향으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 와류 산기장치.The vortex diffuser device according to claim 1, wherein the inlet (110) is elongated in the horizontal direction of the chamber (100) and one side is narrowly formed to rotate the fluid flowing in a constant tangential direction. 제 1항에 있어서, 상기 출구(120)는 상기 챔버(100)의 상단부 및 하단부에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 와류 산기장치.The vortex diffuser of claim 1, wherein the outlet (120) is formed at an upper end and a lower end of the chamber (100), respectively. 제 1항에 있어서, 상기 출구(120)는 상기 챔버(100)의 수직방향에 대해 45°~60°를 이루는 경사면을 이루도록 형성되어 유체가 수평하게 토출되는 것을 특징으로 하는 폐수 처리를 위한 와류 산기장치.The vortex diffuser for wastewater treatment of claim 1, wherein the outlet 120 is formed to form an inclined surface of 45 ° to 60 ° with respect to the vertical direction of the chamber 100, and the fluid is discharged horizontally. Device. 제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버(100) 내부면에는 딤플(130)이 형성되는 것을 특징으로 하는 와류 산기장치.The vortex diffuser device according to any one of claims 1 to 4, wherein a dimple (130) is formed on an inner surface of the chamber (100). 제 5항에 있어서, 상기 딤플(130)의 폭과 깊이의 비율은 1:(1 미만)으로 설정되는 것을 특징으로 하는 와류 산기장치.6. The vortex diffuser device according to claim 5, wherein the ratio of the width and the depth of the dimple (130) is set to 1: (less than 1).
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